【技術(shù)】銅纜和光纖連接方案在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

云計(jì)算和邊緣計(jì)算的廣泛應(yīng)用是推動數(shù)據(jù)中心數(shù)量和規(guī)模快速增長的眾多因素之一。

即將到來的新興技術(shù)，包括人工智能、智慧交通、8K視頻、工業(yè)4.0，以及將要求令人難以置信計(jì)算能力的元宇宙等。

銅纜應(yīng)用于服務(wù)器、路由器和交換機(jī)之間的大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)連接。由于數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在極為龐大，容納幾十萬臺設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者采用了有源銅纜和有源光纜來支持更長時(shí)間的應(yīng)用，即使這些應(yīng)用現(xiàn)在也達(dá)到了性能極限。

高速銅纜和PCB電路板受益于信號調(diào)節(jié)技術(shù)改進(jìn)，如重定時(shí)器、補(bǔ)償和前向糾錯。廣泛采用PAM4調(diào)制使實(shí)際的56+Gb/s通道成為可能。先進(jìn)的PCB層壓板材料延長了高速通道的實(shí)際長度。

隨著突破性光學(xué)技術(shù)的引入，包括硅光子學(xué)、先進(jìn)的激光調(diào)制技術(shù)和新一代光纖和連接器，使光學(xué)傳輸在某些應(yīng)用中更接近與銅的經(jīng)濟(jì)成本臨界點(diǎn)。

光纖具有多種技術(shù)優(yōu)勢，包括特殊的帶寬、長距離的低衰減和失真、體積小，以及抗電磁干擾(EMI)和靜電放電(ESD)等。

銅纜和光纖之間的經(jīng)濟(jì)和性能比較延續(xù)到今天，光纖在越來越多的應(yīng)用中變得具有競爭力。

光纖在耐久性、彎曲半徑和損耗特性方面的進(jìn)步，再加上新的激光源和調(diào)制器，使光纖在某些應(yīng)用中更有吸引力。

一根人類頭發(fā)絲大小的光纖可以以每秒千兆比特的速度傳輸64個通道的數(shù)據(jù)。

與此同時(shí)，隨著數(shù)據(jù)速率接近224 Gb/s PAM4，高速銅鏈路可能在接觸范圍方面遇到了技術(shù)瓶頸。隨著速度的增加，串?dāng)_、反射、歪斜、衰減和符號間干擾(ISI)的負(fù)面影響會降低性能。

為了增強(qiáng)光信道先進(jìn)的信令技術(shù)，包括密集波分復(fù)用(DWDM)，增加了單根光纖可以傳輸?shù)男诺罃?shù)，而相干數(shù)據(jù)傳輸則使單模光纖(SMF)的數(shù)據(jù)傳輸更接近香農(nóng)極限。

雖然銅正在接近其技術(shù)極限，但光纖正在為支持未來數(shù)據(jù)傳輸需求打開另一扇窗口。

其結(jié)果是，在數(shù)據(jù)中心的外部和內(nèi)部都逐漸采用光纖互連。傳統(tǒng)上是服務(wù)器、交換機(jī)和機(jī)架之間的銅纜連接，現(xiàn)在被幾米到數(shù)百英尺的光纖連接所取代。

在當(dāng)今龐大的數(shù)據(jù)中心，傳輸效率和光纖體積小變得非常有吸引力。以太網(wǎng)，繼續(xù)作為整個數(shù)據(jù)中心和載體網(wǎng)絡(luò)的通信骨干網(wǎng)，目前正在發(fā)展到800G光學(xué)系統(tǒng)，并著眼于1.6 Tb以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化。

光纖和連接器制造商正在應(yīng)對日益增長的光纖應(yīng)用，他們引入了具有先進(jìn)功能和新的高密度可插拔接口的光纖。

今天的光纖具有降低衰減和提高彎曲電阻的特點(diǎn)。

空心芯、多芯和極化光纖支持特定應(yīng)用要求。

高光纖數(shù)和擴(kuò)展波束連接器增加了I/O面板密度和可靠性。

光纖鏈路的成本歷來較高，因?yàn)殡姽廪D(zhuǎn)換過程的成本和功耗必須發(fā)生在通道的兩端。

光纖被認(rèn)為是脆弱和難以終止的。與以太網(wǎng)電源(PoE)不同，光纖不能向遠(yuǎn)程設(shè)備供電。全球光纖連接器和電纜組裝基礎(chǔ)設(shè)施比現(xiàn)有銅連接器和電纜組裝供應(yīng)商要小得多。

出于經(jīng)濟(jì)原因，銅互連仍將是未來許多應(yīng)用中最具成本效益的解決方案，而一個相對較小但不斷增長的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑿枰饫w的性能優(yōu)勢。

過去10年的進(jìn)步已經(jīng)解決許多問題，光纖現(xiàn)在被認(rèn)為是銅的低成本替代品，這在很大程度上是由于其巨大的數(shù)據(jù)傳輸能力和擴(kuò)展的覆蓋范圍。使用DWDM技術(shù)使用相干光收發(fā)器可以潛在地消除數(shù)據(jù)中心中的整個設(shè)備機(jī)架，簡化和扁平化網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)降低成本。

新興的共封裝光學(xué)(CPO)技術(shù)，它將電光轉(zhuǎn)換過程定位在一個具有高速開關(guān)或ASIC的公共基板上，可能能夠降低下一代開關(guān)的功耗，同時(shí)大大增加面板上的I/O密度。

長期以來預(yù)測的由光纖替代方案取代銅電路仍在進(jìn)行，但隨著帶寬需求的持續(xù)上升，光傳輸將在逐漸增加的應(yīng)用中提供一個具有成本效益的替代方案。